Программируемый контроллер ПДП

Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП) предназначен для обмена данными между устройствами ввода-вывода и ОЗУ без использования центрального процессора, что позволяет освободить процессор для выполнения вычислений параллельно с обменом и независимо от него. Наиболее часто возможности ПДП используются при работе с дисковыми накопителями, однако реализовано использование ПДП и рядом других устройств. Ощутимые преимущества дает использование ПДП в процессе обмена с устройствами, принимающими или передающими данные достаточно большими порциями с высокой скоростью. В компьютерах IBM функции контроллера ПДП выполняет микросхема Intel 8237А. Контроллер имеет 4 независимых канала, каждый из которых может обслуживать одно устройство ввода-вывода.

В работе ПДП различаются 2 основных цикла: цикл ожидания (Idle cycle) и активный цикл (Active cycle). Каждый цикл подразделяется на ряд состояний, занимающих по времени один период часов (тик). Из цикла ожидания контроллер может быть переведен в состояние программирования (Program Condition) путем подачи на вход RESET сигнала высокого уровня, длительностью не менее 300 нc и следующей за ним подачи сигнала низкого уровня (уровня 0) на вывод CS (Chip Select). В состоянии программирования контроллер будет находится до тех пор, пока на выводе CS сохранится сигнал низкого уровня.

В процессе программирования контроллеру задаются три параметра:

- начальный адрес памяти для обмена;

- уменьшенное на единицу число передаваемых байтов;

- направление обмена.

Кроме того, устанавливаются требуемые режимы работы (разрешить или запретить циклическое изменение приоритетов, автоинициализацию, задать направление изменения адреса при обмене и т. д.).

Загрузка 16-разрядных регистров контроллера осуществляется через 8-разрядные порты ввода-вывода. Перед загрузкой первого (младшего) байта должен быть сброшен (очищен) триггер-защелка (триггер первый/последний, First/Last flip-flop), который изменяет свое состояние после вывода в порт первого байта и таким образом дает возможность следующей командой вывода в тот же порт загрузить старший байт соответствующего регистра. Запрограммированный канал должен быть демаскирован (бит маски канала устанавливается при этом в 0), после чего он может принимать сигналы "Запрос на ПДП", генерируемые тем внешним устройством, которое обслуживается через этот канал. Сигнал "Запрос на ПДП" может быть также инициирован установкой в 1 бита запроса данного канала в регистре запросов контроллера. После появления сигнала запроса контроллер входит в активный цикл, в котором выполняется обмен данными.

Передача данных может осуществляться в одном из четырех режимов:

Режим одиночной передачи (Signle Transfer Mode). После каждого цикла передачи контроллер освобождает шину процессору, но сразу же начинает проверку сигналов запроса и, как только обнаруживает активный сигнал запроса, инициирует следующий цикл передачи.

Режим блочной передачи (Block Transfer Mode). В этом режиме наличие сигнала запроса требуется только до момента выдачи контроллером сигнала "Подтверждение запроса на ПДП" (DACK), после чего шина не освобождается вплоть до завершения передачи всего блока.

Режим передачи по требованию (Demand Transfer Mode). Данный режим является промежуточным между двумя первыми: передача идет непрерывно до тех пор, пока активен сигнал запроса, состояние которого проверяется после каждого цикла передачи. Как только устройство не может продолжить передачу, сигнал запроса сбрасывается им и контроллер приостанавливает работу. Этот режим применяется для обмена с медленными устройствами, не позволяющими по своим временным характеристикам работать с ПДП в режиме блочной передачи.

Каскадный режим (Cascade Mode). Режим позволяет включить в подсистему ПДП более одного контроллера в тех случаях, когда недостаточно четырех каналов ПДП. В этом режиме один из каналов ведущего контроллера используется для каскадирования с контроллером второго уровня. Для работы в каскаде сигнал HRQ ("Запрос на захват") ведомого контроллера подается на вход DREG ("Запрос на канал ПДП") ведущего, а сигнал DACK ("Подтверждение запроса") ведущего подается на вход HDLA ("Потверждение захвата") ведомого. Такая схема подключения аналогична подключению ведущего (первого) контроллера к микропроцессору, с которым он обменивается сигналами HRQ и HDLA.

Типы передач.

1. Передача память-память (Memory-to-memory). Используется для передачи блока данных из одного места памяти в другое. Исходный адрес определяется в регистрах нулевого канала, выходной - в регистрах первого канала. Число циклов обмена (число байт минус 1) задается в регистре числа циклов канала 1. Передача происходит с использованием рабочего регистра контроллера в качестве промежуточного звена для хранения информации. При передачe память-память может быть задан специальный режим фиксации адреса (Address hold), при котором значение текущего адреса в регистре нулевого канала не изменяется, при этом весь выходной блок памяти заполняется одним и тем же элементом данных, находящимся по заданному адресу.

2. Автоинициализация (Autoinitialization). После завершения обычной передачи использованный канал ПДП маскируется и должен быть перепрограммирован для дальнейшей работы с ним. При автоинициализации маскировка канала после окончания передачи не происходит, а регистры текущего адреса и счетчик циклов автоматически загружаются из соответствующих регистров с начальными значениями. Таким образом для продолжения (повторения) обмена достаточно выставить сигнал запроса на ПДП по данному каналу.

3. Режим фиксированных приоритетов. В этом режиме канал 0 всегда имеет максимальный приоритет, а канал 3 - минимальный. Это означает, что любая передача по каналу с более высоким приоритетом будет выполняться раньше, чем по каналу с более низким приоритетом.

4. Циклический сдвиг приоритетов. Позволяет избежать "забивания" шины одним каналом при одновременной передачe по нескольким каналам. Каждому каналу, по которому прошла передача, автоматически присваивается низший приоритет, после чего право на передачу получает канал с наивысшим приоритетом, для которого передача в данный момент возможна.

5. Сжатие времени передачи (Compressed transfer timing). В случае, если временные характеристики быстродействия обменивающихся устройств совпадают, ПДП может сократить время выполнения каждого такта передачи на 2 цикла часов за счет тактов ожидания, входящих в каждый цикл передачи.